วิธีการก่อสร้างสะพานแบบ BALANCE CANTILEVER

โดย ดร. บวรพันธุ์ วงศ์อนันต์ FREYSSINET (THAILAND) Ltd. วิธีการก่อสร้างแบบ Balance Cantilever บทนำ วิธีการก่อสร้างแบบ Balance Cantilever ได้รับความนิยมภายหลังจากสงครามโลกครั้งที่ 2 หลัง  จากสะพานหลายแห่งได้ถูกทำลายลงจากสงคราม  ประกอบกับการพัฒนาเทคโนโลยีด้านคอนกรีตอัดแรงเป็นผลให้วิธีการก่อสร้าง ประเภทนี้ถูกใช้ นำมาก่อสร้างบ่อยครั้ง   วิธีการก่อสร้างสะพานแบบดังกล่าวจะมีลักษณะการก่อสร้างเพิ่มส่วนยื่นออกไป ทั้งสองข้าง  โดยในแต่ละส่วนที่ยื่นออกไป จะมีการดึงลวดอัดแรง  เพื่อต้านกับน้ำหนักของส่วนยื่น เมื่อขั้นตอนการก่อสร้างถึงช่วงหล่อชิ้นสุดท้าย ก็จะทำการดึงลวดช่วงกลาง  เพื่อรับน้ำหนักที่เกิดจากโครงสร้างต่อเนื่อง  (ดังแสดงในรูปที่ 1 และรูปที่ 2) รูปที่ 1 แสดงวิธีการก่อสร้างแบบ Balance Cantilever รูปที่ 2 แสดงวิธีการก่อสร้างช่วงสุดท้าย ข้อดีของการก่อสร้างสะพานด้วยวิธี Balance Cantilever มีหลายประการเช่น - ไม่ต้องการนั่งร้านค้ำยัน (Scaffolding) ที่ต้องใช้ค้ำจากระดับพื้นล่าง ซึ่งเหมาะสำหรับในกรณีเป็นสะพาน ข้ามแม่น้ำหรือข้าม ถนนที่มีการจราจรหนาแน่น - ลดปริมาณการใช้แบบหล่อคอนกรีต (Formworks) และนั่งร้านค้ำยัน (Scaffolding) เนื่องจาก การหล่อคอนกรีตทำครั้งละชิ้นส่วน (Segment) และใช้แบบหล่อซ้ำได้อีก - ประสิทธิภาพการทำงานดีกว่าเนื่องจากระบบการก่อสร้างเป็นแบบที่ซ้ำไปมา ซึ่งจะทำให้คนงานมีความ ชำนาญมากขึ้นตามระยะเวลา - การก่อสร้างสามารถก่อสร้างได้หลายช่วงพร้อมๆ กัน ในปัจจุบันการก่อสร้างสะพานที่นิยมใช้ขึ้นกับช่วงความยาวสะพาน จากสถิติที่เก็บรวบรวมมาจัดแบ่งวิธีการก่อสร้าง ได้ดังนี้ รูปที่ 3 แสดงชนิดสะพานกับช่วงความยาวสะพานที่เหมาะสม หลักการและแนวคิด (CONCEPT) ลักษณะการก่อสร้างด้วยวิธี Balance Cantilever มีส่วนประกอบของโครงสร้างที่สำคัญดังนี้ 1. ชิ้นส่วนของคอนกรีต - Pier segment คือ ชิ้นส่วนของคอนกรีตที่อยู่บริเวณหัวเสา - Segment คือ ชิ้นส่วนของคอนกรีตทั่วไปที่หล่อยื่นออกจากบริเวณหัวเสา - Closure pour คือชิ้นส่วนของคอนกรีตที่ตำแหน่งหล่อช่วงเชื่อมต่อสุดท้าย 2. ลวดอัดแรง (ดังแสดงในรูปที่ 4) - Cantilever cables คือลวดที่ใช้เพื่อรับแรงจาก moment ลบที่ช่วงหัวเสาโดยเฉพาะ  ช่วงก่อสร้างที่มีการยื่นของสะพานมากๆ - Span cables คือลวดที่เสริมในช่วงกลางสะพานเพื่อรับ moment บวกที่เกิดหลังจากที่มี การต่อเชื่อมช่วงกลาง (Closure segment) แล้ว - Continuity cables คือลวดที่ยาวต่อเนื่อง เพื่อเสริมให้โครงสร้างมีพฤติกรรมแบบคานต่อเนื่อง 3. ชิ้นส่วนของโครงสร้างพิเศษที่ใช้ในการก่อสร้าง - Traveller Formwork - นั่งร้าน (Scaffolding) - Closure beam - Temporary Pier รูปที่ 4 แสดงตำแหน่งของลวดอัดแรง วิธีการก่อสร้างด้วย Balance Cantilever จัดได้เป็น 2 ประเภทตามลักษณะของวิธีการยื่นของโครงสร้าง - วิธีสมมาตร (Symmetrical Method) จะทำการก่อสร้างยื่นทั้ง 2 ข้าง พร้อมๆ กัน  วิธีนี้จะง่ายในขั้นตอนการออกแบบ แต่ในขั้นตอนการทำงานแล้วจะต้องการกำลังคนและ อุปกรณ์ในการทำงานในเวลาเดียว กัน และต้องการพื้นที่บริเวณหัวเสามากพอที่จะ ติดตั้งFormwork Traveller ทั้ง 2 ตัวได้ในเวลาเดียวกัน วิธีอสมมาตร (Asymmetrical Method) จะ ทำการก่อสร้างยื่นทีละข้าง เพื่อลดพื้นที่การทำงานบริเวณ หัวเสาและกระจายการทำงานและแรงงานออกไปไม่ พร้อมๆกัน แต่ในการออกแบบจะต้องคำนึงถึงแนว การเสริมลวดอัดแรงและน้ำหนักที่ก่อสร้างไม่ พร้อมกันนี้ด้วย รูปที่ 5 แสดงวิธีการก่อสร้าง การวิเคราะห์โครงสร้างและผลจากการก่อสร้างในแต่ละช่วงเวลา เนื่อง จากการก่อสร้างจะทำการหล่อชิ้นส่วนเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งในแต่ละชิ้นส่วนก็จะทำการอัดแรง  ทำให้หน่วยแรงที่วิเคราะห์จะต้องพิจารณาผลการอัดแรงที่มีอยู่ในโครงสร้าง เดิม บวกกับการอัดแรงครั้งใหม่ จึงจะได้หน่วยแรงลัพธ์สุดท้ายที่หน้าตัดนั้นๆ ซึ่งเมื่อทำการก่อสร้างเพิ่มส่วนยื่นไปเรื่อยๆจนถึงส่วนของ การหล่อชิ้นส่วน หล่อปิด (Closure pour) และทำการดึงลวดอัดแรงของลวดช่วงกลาง (Span Tendons) ทำ  ให้โครงสร้างเปลี่ยนสภาพจากช่วงยื่นเป็นช่วงต่อเนื่องใช้รับน้ำหนักที่สภาวะ ใช้งาน ดังนั้นการวิเคราะห์ โครงสร้างจะต้องคำนึงถึงผลดังกล่าวในการคำนวณ เพราะค่าหน่วยแรงที่เกิดขึ้นในขั้นตอนการก่อสร้าง  อาจมีค่าวิกฤติกว่าในสภาวะการใช้งานก็เป็นได้ การวิเคราะห์และออกแบบ การวิเคราะห์โครงสร้างของวิธีการก่อสร้างด้วย Balance Cantilever จะ พิจารณาถึงสภาพการก่อสร้างซึ่งค่อยๆ  เพิ่มส่วนยื่นตามเวลา ซึ่งสภาพน้ำหนักที่กระทำต่อตัวโครงสร้างจะเปลี่ยนไปตามสภาพโครงสร้างด้วย เช่น  ตำแหน่งของน้ำหนักจาก Traveller, น้ำหนักของชิ้นส่วน ที่เทใหม่ เป็นต้น จากสภาพน้ำหนักที่แตกต่างกัน  ในแต่ละช่วงเวลานี้ เป็นผลให้ในการออกแบบจะต้องพิจารณาสภาพของการก่อสร้างและช่วงเวลาที่ใช้ใน  การก่อสร้างโดยละเอียด โดยคำนึงถึงผลการเสียรูปอันเนื่องมาจาก Creep และ Shrinkage ของคอนกรีตด้วย นอก จากการก่อสร้างที่เวลาต่างๆ จะมีผลกับน้ำหนักที่กระทำและหน่วยแรงที่เกิดขึ้นแล้ว ในส่วนของตัว โครงสร้างคอนกรีตอัดแรง แรงในลวดอัดแรงก็จะมีการสูญเสียไปตามเวลาเช่นกัน สาเหตุของแรงในลวดที่ สูญเสียไปตามเวลาคือ Creep, Shrinkage, Relaxation, Elastic Shortening ซึ่งจะต้องนำมาพิจารณาด้วย จำนวนและตำแหน่งลวด จากผลการวิเคราะห์โครงสร้างเมื่อรวมผลของเวลาและขั้นตอนการก่อสร้างมาพิจารณาแล้ว การ ให้จำนวนและตำแหน่งลวดจะขึ้นอยู่กับ Moment Diagram ซึ่งแนวทางการจัดลวดจะเป็นไป ตาม Moment Diagram ดังกล่าว ดังแสดงในรูปที่ 6 รูปที่ 6 แสดงการจัดลวดกับ Moment ที่เกิดขึ้น เสถียรภาพของโครงสร้าง การก่อสร้างด้วยวิธี Balance Cantilever นี้ เสถียรภาพของโครงสร้างเป็นสิ่งสำคัญโดยเฉพาะการ ขาดสมดุล (Overturning) จากสภาพน้ำหนัก ที่เกิดขึ้นไม่เท่ากันทั้งสองข้าง สภาพน้ำหนักที่เกิดจะต้องพิจารณามีดังนี้ - ผลแตกต่างของน้ำหนักโครงสร้างที่ตั้งสมมุติฐานไว้กับการก่อสร้างจริง - ผลของน้ำหนักของตัวโครงสร้างกรณีที่ก่อสร้างด้วยวิธี อสมมาตร (Asymmetrical) - ผลของน้ำหนักที่กระทำจากอุปกรณ์การก่อสร้างที่รู้ตำแหน่งแน่นอน เช่น Formwork Traveller - ผลของน้ำหนักที่กระทำจากการก่อสร้างที่มีการเคลื่อนย้าย เช่น วัสดุ, เครื่องมือ, คน ซึ่งจะต้อง พิจารณาเป็นกรณีไป - แรงลม - สภาวะที่รับน้ำหนักมากขึ้น เนื่องจากผลของแรงกระแทก (Impact Effect) หากผลของการพิจารณาพบว่าโครงสร้างไม่เสถียรภาพแล้ว จึงจำเป็นต้องเสริมเสถียรภาพของ โครงสร้างด้วยวิธีต่าง ๆ ดังแสดงในรูปที่ 8 รูปที่ 7 แสดงแรงที่กระทำกับโครงสร้างเพื่อพิจารณาเสถียรภาพ รูปที่ 8 แสดงวิธีการเสริมเสถียรภาพของโครงสร้าง ค่าการโก่งตัว ค่าการโก่งตัวของวิธี Balance Cantilever จะ มีลักษณะโก่งลง เมื่อมีน้ำหนักจากการก่อสร้าง  และจากน้ำหนักของคอนกรีตส่วนที่หล่อใหม่  แต่จะโก่งตัวขึ้นเมื่อมีการอัดแรง นอกจากนี้ผลจากการทรุดของฐานรากก็มีผลต่อระดับสะพานเช่นกัน  ผลดังกล่าวจะเกิดการโก่งตัวเช่นนี้ซ้ำซ้อน  จนกระทั่งถึงช่วงที่หล่อ Closure Pourซึ่งจะต้องให้ระดับที่ทำมาจาก 2 ฝั่งมีค่าใกล้เคียงกันเพื่อหล่อส่วน ปิดนี้ได้ ดัง นั้นการคำนวณค่าการโก่งตัวโดยละเอียดจึงจำเป็น เพื่อคาดการณ์ค่าการโก่งตัวให้รูปร่างของสะพาน ได้ตามที่ต้องการในสภาพใช้งาน  การวัดค่าการโก่งตัวของแต่ละช่วงที่อัดแรง จะใช้เฝ้าดูแนวโน้มการโก่งตัวที่เกิดขึ้นจริงกับการโก่งตัวที่ ได้จากการ คำนวณ เพื่อนำไปปรับระดับแบบหล่อ  ในการหล่อชิ้น (Segment) ต่อไป จนกระทั่งสามารถทำให้ระดับช่วงชิ้นส่วนหล่อปิด (Closure Pour) มีค่าใกล้เคียงกันทั้ง 2 ข้างให้มากที่สุด การวัดและการตรวจสอบการก่อสร้าง การ วัดและการตรวจสอบการก่อสร้างเป็นสิ่งจำเป็นที่ผู้ควบคุมการก่อสร้างต้องให้ ความสำคัญ  เนื่องจากจะมีผลถึงลักษณะรูปร่างของสะพาน ความปลอดภัยในระหว่างการก่อสร้าง และความแข็งแรงของ โครงสร้างในสภาวะใช้งาน  วิศวกรและผู้ปฏิบัติงานควรจะมีประสบการณ์และเชี่ยวชาญเป็นพิเศษ  จุดที่ควรให้ความสนใจเป็นพิเศษในการควบคุมการก่อสร้าง ของสะพาน มี 2 จุด ที่สำคัญดังนี้ 1. Traveller แบ่งเป็นแต่ละช่วงการทำงานดังนี้ - ขั้นตอนการติดตั้ง ควรตรวจสอบตำแหน่งของ Tie Down ต่างๆ การยึดโยงกันเซ (Bracing) ระดับล้อ  ระดับราง ชิ้นส่วนหิ้ว (Hanger) แบบหล่อต่างๆ - ขั้นตอนการหล่อชิ้นส่วน ควรตรวจสอบระดับการหล่อตามแบบที่ให้ระดับไว้  ตาม Casting Curve - ขั้นตอนการเลื่อน ควรตรวจสอบว่า ได้ยึดรางอย่างถูกต้องเพียงพอและได้ถอด ชิ้นส่วนแบบให้หลุดพ้นจากคอนกรีตเดิม  ก่อนทำการเลื่อน ในทุกขั้นตอนจะต้องมีรายการตรวจสอบ (Check List) เพื่อให้มั่นใจว่าได้ปฏิบัติครบทุก ขั้นตอนอย่างถูกต้อง 2. ระดับ ของสะพาน การคำนวณระดับของสะพานถึงจะคำนวณโดยละเอียดแล้ว แต่ในสภาพจริง อาจไม่ตรงกับสมมติฐานที่ใช้  การวัดระดับตรวจสอบในแต่ละขั้นตอนจึงเป็นข้อมูลที่สำคัญ เพื่อใช้ในการปรับแก้ค่าสมมุติฐานที่ใช้ในการ คำนวณเพื่อให้ระดับของสะพานให้  มีรูปร่างตามที่ต้องการ รายละเอียดของแบบก่อสร้าง (Detailing) การให้รายละเอียดตำแหน่งของลวด จะต้องพิจารณาประกอบไปกับช่องเปิดท่อ (Sleeve) ต่างๆ ซึ่งจะมีไว้สำหรับ การยึด Traveller และเหล็กเสริมต่างๆ โดยเฉพาะในแนว Web ที่อาจจะมาตัดกับแนวลวดได้ ที่มา :   http://www.thaitca.or.th/